Interdisziplinäre Prototypenentwicklung am Beispiel eines Seilroboters

In: Entwerfen Entwickeln Erleben : Methoden und Werkzeuge in der Produktentwicklung ; 10. Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2012 ; KT2012 ; Tagungsband / Feldhusen, Jörg; Stelzer, Ralph; Grote, Karl-Heinrich; Rieg, Frank; Brökel, Klaus (Hrsg.)
Dresden: TUDpress (2012), S. 591-608
ISBN: 978-3942710800
Buchaufsatz / Kapitel / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik » Institut für Produkt Engineering
Abstract:
An zukünftige intralogistische Systeme werden hohe Anforderungen in Bezug auf Dynamik und Flexibilität gestellt. In Verbindung mit dem übergeordnetem Ziel ressourceneffiziente und klimaschonende Prozesse zu entwickeln, sind innovative Lösungsansätze gefordert. Die Entwicklung eines schnellen Regalbediengerätes auf Basis der Steward-Gough-Plattform soll u. a. durch die Minimierung der zu bewegenden Massen diesen Anforderungen erreicht werden, wovon vor allem die Flexibilität und die Prozesszeiten profitieren.
Der gewählte Ansatz sieht hierfür eine Plattform vor, welche die Lasten über computergesteuerte Seilwinden mit hoher Verfahrgeschwindigkeit bewegt. Basierend auf modernsten Regelungsverfahren sollen so die Anforderungen an sichere, schnelle und flexible Prozesse abgesichert werden. Gleichzeitig ist jederzeit die Kompatibilität mit bestehenden intralogistischen Systemen sicherzustellen.
Der entwickelte Prototyp unterscheidet sich von „konventionellen“ Regalbediengeräten insbesondere durch die an acht Hochleistungs-Kunststoffseilen aufgehängte Plattform zur Ein- und Auslagerung, welche über ein System aus Seilwinden und -rollen zwischen den Lagerplätzen bewegt wird. Die Herausforderung liegt neben regelungstechnischen Aspekten zur Motorensteuerung insbesondere in der Größenordnung des Prototypen: Um der späteren industriellen Anforderungen möglichst nahe zu kommen, wurde ein System entwickelt, welches mit Maßen von 10x5x2m deutlich größer ausfällt, als derzeit bekannte Seilroboter in Forschungslabors. Damit einher ging die Forderung nach einer Konstruktion, die typische Merkmale eines Funktionsprototypen (Demonstrators) ermöglicht. Namentlich sind dies die Abbildung der angestrebten Funktion, eine hohe Flexibilität/Anpassbarkeit bei beherrschbarer Komplexität, die Einhaltung von Sicherheitsstandards, die Möglichkeit zu Online-Messungen und die Verwendung verfügbarer technischer Standardkomponenten.
Ausgangspunkt für konstruktive Überlegungen waren Simulationen der bewegten Plattform, um Aufschluss über wichtige Prozessdaten zu erlangen. Dazu zählen neben logistisch relevanten Daten wie Zeiten und Wegen, ebenfalls Kräfte, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, da diese maßgeblichen Einfluss auf die Dimensionierung haben. Die Berechnung erfolgte durch geeignete Modellbildung seitens des Lehrstuhls für Mechatronik und diente somit als Einstiegspunkt in die interdisziplinäre Konstruktion. Während des weiteren Verlaufs des Projektes waren maßgeblich die Lehrstühle für Mechatronik, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Transportsysteme & Logistik in den Entwicklungsprozess mit verschiedenen Schwerpunkten involviert.
Die Flexibilität der Konstruktion ist besonders gut an den selbst entwickelten Seilwinden und der Portalkonstruktion zu erkennen. Durch eine baukastenartige Bauweise insbesondere der modular und flexibel aufgebauten Baugruppen wird der Prototypencharakter unterstrichen. Wegen fehlender Normung für Seiltriebe mit Kunststoffseilen wurde zunächst eine Auslegung in Anlehnung nach DIN 15020 und DIN 15061 vorgenommen. Die Konstruktion erlaubt somit ohne großen Aufwand
einen Wechsel der betroffenen Komponenten, sobald Erkenntnisse über das Verhalten des Gesamtsystems vorliegen und Optimierungen durchgeführt werden können.
Ebenfalls von Vorteil ist die Verwendung von Profilstreben für die Portalkonstruktion, wodurch ein montagebereites Baukastensystem genutzt werden konnte. Insbesondere für die Untersuchung unterschiedlicher geometrischer Parameter zur Feinjustierung (Höhen, Abstände, Winkel) und deren Auswirkungen auf Kräfte etc. bietet sich ein derartiges System an.
Der Aufwand zur Umsetzung eines solchen Projektes wird durch unterschiedliche Potenziale gerechtfertigt. Durch die geringeren bewegten Massen ergibt sich im Schnitt ein niedrigerer Energieaufwand bei höherer Verfügbarkeit und verringerten Prozesszeiten. Gleichzeitig kann auf Basis vorhandener Erfahrungen damit gerechnet werden, dass sowohl die Investitionskosten, als auch die Betriebskosten eines derartigen Systems ebenfalls geringer ausfallen. Die gute Skalierbarkeit macht ein solches System darüber hinaus für eine breite Basis von Unternehmen interessant, die auf individuelle und platzsparende Lösungen angewiesen sind. Zusammenfassend sind also folgende Benefits zu erwarten:
 einfacher skalierbar für verschiedene Traglastbereiche
 es muss erheblich weniger Masse bewegt werden
 eine genauere Positionierung und höhere Lagerausnutzung bei beliebigen Lagerkonfigurationen sind möglich.
Das System wird derzeit montiert und steht kurz vor der Inbetriebnahme. Erste bei der Montage erfasste Problemstellen wurden bereits mit in den noch parallel laufenden Konstruktionsprozess weiterer Unterbaugruppen übernommen. Ziel ist es, das System schnellstmöglich in Betrieb zu nehmen, um den zeitlichen Rahmen für die konstruktive Auslegung, Fertigung und Montage von acht Monaten einzuhalten. Durch diese Anwendung einer Simultaneous Engineering Strategie in Verbindung mit einer hohen Diversität der Teilezulieferer und Werkstätten, konnten die geplanten Meilensteine bisher eingehalten werden.